(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一側の下部と上部にはそれぞれ流入口及び排出口が形成され、一方向へのジグザグ形流路が形成されるように積層された直列の流送配管と、
流送配管内に流送されるバラスト水に電気反応させる電極と、からなり、
前記流送配管は、
一側と他側にそれぞれ対向した状態で積層された分岐管と、
前記分岐管間を連結し、内部に前記電極が設置されている主管とからなり、
上部と隣接した分岐管間には、オリフィスホールが形成された遮断板が介在され、
前記遮断板は、一側と他側の分岐管において上下に交互に介在されていることを特徴とする電気分解装置の電解槽構造。
【請求項２】
一側の下部と上部には、それぞれ流入口及び排出口が形成され、一方向への流路を形成し、上下積層及び前後に配列された直列の流送配管と、流送配管内に流送されるバラスト水に電気反応させる電極と、からなる電気分解装置の電解槽構造において、
前記流送配管は、
該流送配管の他側に設けられ、３方向流路を形成する分岐管と、
前記分岐管に連結し、電解槽の流路を形成し、内部に前記電極が設置されている主管と、
前記分岐管の３方向流路のうち上側に向ける流路に設けられ、電解槽の流路を一方向に形成する遮断板と、からなり、
前記遮断板には、上部と隣接した分岐管に連通するオリフィスホールが形成されていることを特徴とする電気分解装置の電解槽構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気分解装置の電解槽構造に関し、より詳しくは、スケール及び水素接触のため、電極の性能が低下しないようにした電気分解装置の電解槽構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
全世界の貨物移動量の８０％以上を占める海洋貨物船は、船積貨物が充分ではない場合、水中での推進器及び方向舵の効率的な作動と均衡維持及び安定性を高めるために、バラストタンクに海水を入れた状態で運航されるが、前記バラストタンク内に積載される水は、通常、バラスト水（Ballast  Water、平衡水）と呼ばれる。
【０００３】
このようなバラスト水は、船舶の喫水とトリム（trim：船の前と後ろの傾斜）を調整するために、積載する重量物として、船舶の均衡維持と安定性を高める機能をし、貨物を充分積載していない場合、推進器と方向舵を水中で効果的に作動させる補助機能を行うようになる。
【０００４】
前記バラスト水は、船舶が鉄材で建造され始めた１８７０年代後半から用いられ、船舶により、バラスト水を積載せずに、鉱石や砂等をバラストとして用いたこともあるが、今日は、海水や淡水をバラスト水として用いることが一般化している。
【０００５】
一方、港湾や水路及び大洋から海水または淡水を取水してバラストタンクに積載されるバラスト水には、様々な海洋生物がバラスト水と一緒に取水され、船舶のバラストタンクに移される。
【０００６】
バラスト水の取水と排出は、船舶が寄航する国の産業発展の程度、資源の賦存量等により差があるが、船舶の特性上、バラスト水を大量積載しなければならない油槽船やばら積み貨物船の場合、産油国や鉄鉱石等の原料輸出国が輸入国に比べてバラスト水に寄生する各種の病原菌や外来海洋生物種の危険に露出する可能性が大きい。
【０００７】
このようなバラスト水の最大の問題点は、基本的にバラスト水が外来海洋生物種を伝播する媒体として用いられるということであるが、すなわち、バラスト水中に含まれた特定海域の生物または病原菌等が、バラスト水が入れた船舶により、全く異なる海域に移送され、その海域の環境と生態系を撹乱させる副作用をもたらすことである。
【０００８】
したがって、最近、バラスト水に対する処理方法お装置が多様に開発されており、このような多様な処理方法及び装置のうち、電気分解を通じたバラスト水処理装置の開発が盛んに進行している実状である。
【０００９】
電気分解を通じたバラスト水処理装置は、船舶内において、電気分解反応を通じて生成した塩素気体または次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）を用いて、バラスト水に含まれた生物を死滅させる装置である。
【００１０】
図１は、バラスト水処理装置を示すものであり、流入口１０に流入した海水を、電気分解装置３０及びバラスト水タンク６０に供給するバラスト水ポンプ２０と、流入した海水を電気分解して電解水とした後、前記電解水をガス分離器に供給する電気分解装置３０と、電気分解装置３０に電流を供給する電源供給装置３０ａと、電気分解装置３０で生産した電解水から水素ガス及び次亜塩素酸を分離するガス分離器４０と、ガス分離器４０で分離された次亜塩素酸濃縮液をバラスト水タンク６０に注入する電解液注入ポンプ５０と、各構成品の駆動を制御する制御部７０と、で構成される。
【００１１】
以下、図２を参照して電気分解装置３０の電解槽について説明する。図２に示した従来の電気分解装置３０の電解槽は、電気を流すための陽極と陰極で組み合わせられた各電極室３１を仕切る電極隔離板３２と、電極３３と電極隔離板３２が収納されるケース３４と、で構成される。このとき、前記電解槽の一側下部には、流入口３４ａが形成され、電解槽の他側上部には、電気分解により発生した次亜塩素酸を排出する排出口３４ｂが形成される。
【００１２】
図２に示すように、従来の電気分解装置３０の電解槽は、海水が電解槽の流入口３４ａから流入され、電極隔離板３２の下側を貫通する孔から各電極室３１に入り、下方から上方に流れながら電気分解されて次亜塩素酸が生成し、前記次亜塩素酸は、電気分解過程で発生した水素ガスと一緒に、電極隔離板３２の上方を貫通する孔を通じて排出管３４ｂから排出され、ガス分離器（図示せず）に貯蔵される。
【００１３】
このように構成された従来の電気分解装置３０の電解槽内の電極室隔離板３２は、上・下部にそれぞれ通孔が形成され、その通孔から各電極室３１が連結されているので、電解槽内に形成された下部側の通孔から海水が各電極室３１に流れ、上部の電極３３を通過しながら電気分解される。
【００１４】
この過程で発生した次亜塩素酸と水素ガスは、電極隔離板３２の上部に形成された通孔を通過した後、各電極室３１から排出管３４ｂに排出される。
【００１５】
しかし、このような従来の電気分解装置の電解槽構造は、次のような問題点があった。
【００１６】
電解槽内の海水が各電極室３１に分配される構造であって、電解槽内の流速が電極室３１の数だけ減少されて流れるので、電極で生成するスケールの流速による剥離効果が減少され、スケールの生成による電流効率が減少するという問題があった。
【００１７】
また、海水と次亜塩素酸、水素ガス等が流れる流路が、電極隔離板３２の上下部の通孔からなるので、各電極室３１間の隔離が不十分であり、各電極室３１間にバイパス電流が多く発生して電流の損失が生じ、その損失電流のため、単位電力当たりの次亜塩素酸の発生量が減り、電気エネルギーの消耗が多くなるという問題があった。
【００１８】
また、水素ガスの排出が円滑に行われず、電極３３に水素が膜を形成して抵抗を高めることにより、前記電極３３に電圧上昇をもたらすとともに、電流効率を落とし、電気エネルギーの不要な消耗が引き起こされるという問題があった。
【００１９】
もちろん、このような問題を解決するために、電解槽内に各電極室３１毎に別途の水素分離装置を設置することもできるが、流量分配による流速減少によるスケール生成速度の増加傾向は避けられなかった。
【００２０】
また、各電極室を直列構造で設置する場合、流速増加によるスケール付着速度の影響は相殺することができるが、電解槽の長さが長くなることは不可避である。
【００２１】
これにより、電解槽を設置するための船舶内の設置空間の制約要因が生じてしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、流体の流速が減少しないように、複数の流送配管を直列で積層して配列し、電気分解過程で発生した水素が、次の電極を経ずに、上部へ直ちに排出されるようにしたオリフィスホールを、流路の一側と他側に交互に形成し、水素との接触のため電極の性能が低下しないようにするとともに、設置空間の制約条件を解決した電気分解装置の電解槽構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上述した目的を達成するために、本発明は、一側の下部と上部にはそれぞれ流入口及び排出口が形成され、一方向へのジグザグ形流路が形成されるように積層された直列の流送配管と、流送配管内に流送されるバラスト水に電気反応させる電極と、からなり、前記流送配管は、一側と他側にそれぞれ対向した状態で積層された分岐管と、前記分岐管間を連結し、内部に前記電極が設置されている主管とからなり、上部と隣接した分岐管間には、オリフィスホールが形成された遮断板が介在され、前記遮断板は、一側と他側の分岐管において上下に交互に介在されていることを特徴とする電気分解装置の電解槽構造を提供する。
【００２５】
また、上述した目的を達成するための他の例として、本発明は、一側の下部と上部には、それぞれ流入口及び排出口が形成され、一方向への流路を形成し、上下積層及び前後に配列された直列の流送配管と、流送配管内に流送されるバラスト水に電気反応させる電極と、からなる電気分解装置の電解槽構造において、前記流送配管は、該流送配管の他側に設けられ、３方向流路を形成する分岐管と、前記分岐管に連結し、電解槽の流路を形成し、内部に前記電極が設置されている主管と、前記分岐管の３方向流路のうち上側に向ける流路に設けられ、電解槽の流路を一方向に形成する遮断板と、からなり、前記遮断板には、上部と隣接した分岐管に連通するオリフィスホールが形成されていることを特徴とする電気分解装置の電解槽構造を提供する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る電気分解装置の電解槽構造によると、以下のような効果がある。
【００２７】
第一に、流路を複数積層して直列で連結することにより、流体の流速は減少しないようになる。これにより、流速の低下によるスケールが発生せず、流路内に設置された電極のエネルギー効率及び電解槽の性能が低下しないようになる。
【００２８】
第二に、一側と他側にそれぞれ積層された分岐管に、ジグザグ形流路の形成のための遮断板を、一側と他側の分岐管に交互に設置し、前記遮断板には、上下に貫通したオリフィスホールを形成し、上部に隣接した分岐管に連通させることにより、電気分解過程で発生した水素は、前記オリフィスホールから上部に排出される。
【００２９】
すなわち、流体は、ジグザグ形流路に沿って流送されながら電極が経るが、水素は、前記電極を経ず、上部へ直ちに排出されることにより、電極と水素間の接触による電極性能の低下という問題が生じない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】一般のバラスト水処理装置を示す概略構成図である。
【図２】従来の電気分解装置の電解槽の内部に流入した海水の流れを示す概略図である。
【図３】本発明の好適な実施例による電気分解装置の電解槽の構成を示す斜視図である。
【図４】図３における「Ａ」部位を示す分解斜視図である。
【図５】本発明の好適な実施例による電気分解装置の電解槽内に流入した海水及び水素の流れを示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施例による電気分解装置の電解槽の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本明細書及び請求の範囲に用いられた用語や単語は、通常的かつ辞典的な意味に限定されて解釈されず、発明者は、自身の発明を最善の方法で説明するために、用語の概念を適宜定義することができるという原則に基づき、本発明の技術的思想に符合する意味と概念として解釈されなければならない。
【００３２】
以下、添付された図３乃至図５を参照して、本発明の好適な実施例による電気分解装置の電解槽構造について説明する。
【００３３】
電気分解装置は、海水を電気分解して次亜塩素酸を生成する役割をする。電気分解装置のうち、海水が流入する電解槽は、図３に示すように、積層された複数の流送配管１００からなる。
【００３４】
このとき、電解槽は、複数の流送配管１００が直列で連結され、下部一側には海水が流入する流入口１００ａが形成され、上部一側には電気分解された海水が排出される排出口１００ｂが形成される。
【００３５】
このような流送配管１００の流路は、ジグザグ形流路を有し、詳細な説明は後述する。
【００３６】
一方、流送配管１００は、分岐管１１０と主管１２０とで構成される。分岐管１１０は、流体の流送方向を転換するための役割をし、一側と他側にそれぞれ複数積層されて提供される。
【００３７】
分岐管１１０は、「Ｔ」字状からなり、一側と他側の分岐管１１０は、互いに対向する。
【００３８】
主管１２０は、流体の流路を直線に形成し、互いに対向した分岐管１１０を互いに連結させる。このとき、主管１２０の内部には、長手方向に海水を電気分解するための電極（図示せず）が設置される。
【００３９】
一方、積層された分岐管１１０のうち、上部の分岐管１１０と隣接した下部の分岐管１１０との間には、遮断板１３０が介在され、前記遮断板１３０は、分岐管１１０の下部から上部に行くほど交互に介在される。
【００４０】
前記遮断板１３０は、電解槽内の流路をジグザグに形成するためのものであり、上・下部に隣接した分岐管１１０間に形成された流路を人為的に遮断することにより、流路がジグザグに形成される。前記遮断板１３０は、図３に示すように「Ａ」部位に設置される。
【００４１】
すなわち、一側（図において左側）に積層された分岐管１１０は、遮断板の設置のため、下部から上部に行くほど、閉鎖‐開放‐閉鎖の流路を形成し、他側に積層された分岐管１１０は、下部から上部に行くほど、開放‐閉鎖‐開放の流路を形成するようになる。
【００４２】
一方、遮断板１３０には、図４に示すようにオリフィスホール１３１が形成される。
【００４３】
オリフィスホール１３１は、電気分解過程において、海水から発生した水素が主管１２０の電極を経ず、上部に隣接した分岐管１１０へ直ちに排出させる通路である。
【００４４】
すなわち、オリフィスホール１３１が形成されることにより、水素は、電極が設置された主管１２０に流送されないので、水素の接触による電極の性能低下が生じないようになる。
【００４５】
一方、分岐管１１０のうち、最上部に配置された分岐管１１０には、排出管１４０が設置され、前記排出管１４０から水素が最終的に排出される。
【００４６】
以下、このような構成からなる電解槽内における流体の流れについて、図５を参照して説明する。
【００４７】
一側（図において左側）の流入口１００ａから流入された海水は、主管１２０に流送され、前記海水は、主管１２０に設置された電極を経ながら電気分解される。このとき、電気分解された海水から次亜塩素酸が生成され、また、電気分解過程において水素が発生する。
【００４８】
以降、電気分解された電解水は、他側（図において左側）の分岐管１１０ａから上部に隣接した分岐管１１０ｂへ流送され、この分岐管１１０ｂの上方への流路は、遮断板１３０により閉鎖されているので、前記電解水は、一側方向の分岐管１１０ｃに変換されて流送される。
【００４９】
このとき、流体の流れが他側から一側に変換する過程で、気体である水素は気液分離されながら、遮断板１３０に形成されたオリフィスホール１３１から上部に隣接した分岐管１１０ｅへ直ちに排出される。
【００５０】
すなわち、図５に示すように、水素は、電解水と一緒に主管１２０に流送されるものではなく、上部の分岐管１１０ｅへ直ちに排出される。
【００５１】
一方、他側から一側に流送された電解水は、主管１２０から流送されながら電極により電気分解が再度行われる。
【００５２】
このとき、水素が再度発生し、水素と一緒に電解水は、上部に隣接した分岐管１１０ｄに流送され、この分岐管１１０ｄの上方への流送もまた、遮断板１３０により閉鎖されているので、電解水は、主管１２０から他側の分岐管１１０ｅに流送される。このとき、前記水素も、電解水に沿って主管１２０に流送されるものではなく、遮断板１３０に形成されたオリフィスホール１３１から上部に隣接した分岐管１１０ｇへ直ちに排出された後、分岐管１１０ｇに設置された排出管１４０からガス分離器（図示せず）に排出される。
【００５３】
一方、主管１２０を介して、一側の分岐管１１０ｄから他側の分岐管１１０ｅに流送された電解水は、下部に隣接した分岐管１１０ｂから排出された水素と一緒に、上部の分岐管１１０ｆに流送された後、一側の分岐管１１０ｇへ主管１２０を介して流送された後、分岐管１１０ｂから排出される。このとき、分岐管１１０ｆに流送された水素は、主管に沿って一側の分岐管１１０ｇに流送されず、分岐管１１０ｆに設置された排出管１４０から外部に排出される。
【００５４】
上述したように、直列で積層された流送配管１００からなる電解槽は、流体が下部から上部にジグザグに流送されて排出されるようにした構成であることがわかる。
【００５５】
これにより、流速が低下せず、一定の流速を維持しながら排出されるので、配管及び電極等にスケールが発生しない技術的な特徴がある。また、流体の流れをジグザグに変換させるための一側と他側の分岐管１１０には、それぞれ上部に交互に分岐管１１０の密着した部位に遮断板１３０が設置され、前記遮断板１３０は、一側と他側に配置された分岐管１１０に交互に設置され、それぞれの遮断板１３０には。オリフィスホール１３１が形成されたことを技術的特徴とする。
【００５６】
すなわち、このような構成により、電気分解過程で発生した水素は、流体と一緒に主管１２０に沿ってジグザグに流送されるものではなく、前記主管１２０を経ず、オリフィスホール１３１から上部へ直ちに排出される。
【００５７】
したがって、主管１２０に設置された電極は、水素との接触が最少化することにより、電極に水素が膜を形成することが最少化し、電極の性能が劣り、または電圧上昇によるエネルギー消耗が増加することがないという技術的特徴がある。
【００５８】
以上、本発明の好適な実施例により、流送配管が一列で積層された状態を例として説明したが、流送配管の配列が上下はもとより、前後方向に配列されてもよい。
【００５９】
以下、これを、本発明の他の実施例として、図６を参照して説明する。説明に先立って、本発明の好適な実施例と同一の構成については、符号を併記し、詳細な説明を省略する。
【００６０】
図６に示すように、流送配管１００は、上下積層及び前後に配列される。このとき、流送配管１００は、分岐管１５０と主管１２０とで構成される。分岐管１５０は、流体の方向転換のための流路を形成し、流送配管１００の一側と他側にそれぞれ設置される。このとき、分岐管１５０は、好適な実施例とは異なり、３方向の流路を形成する。
【００６１】
すなわち、流送配管１００の一側と他側及び上下方向の２方向流路を形成した好適な実施例とは異なり、前後方向の流路をさらに有する３方向流路を形成したものである。
【００６２】
これにより、流送配管１００の配列は、一側と他側、上下方向、また前後方向に配列される。また、主管１２０は、一側と他側の分岐管１５０を連結し、主管１２０の内部には電極が設置される。このように構成された電解槽もまた、一方向の流路が形成される直列の構成である。
【００６３】
すなわち、一側の下部と上部にそれぞれ流入口１００ａ及び排出口１００ｂが形成され、流入口１００ａから排出口１００ｂに至るまで一方向の流路が形成されるように、分岐管１５０間には、遮断板１３０が設置される。このとき、流体の流れ方向は、流入口１００ａが下部に形成されているので、電解槽の下部から上部へとなる。
【００６４】
これにより、流体が、下部に配置された分岐管１５０及び主管１２０を流れる間は、流体が上部に流送されないように遮断板１３０が設置されるが、説明の理解を助けるための図６では、「Ｂ」部位にのみ遮断板１３０が設置される。このとき、遮断板１３０には、オリフィスホール１３１が形成され、オリフィスホール１３１は、上部に隣接した分岐管１５０に連通して形成される。また、最上部に配置された分岐管１５０には、最終的な水素排出のための排出管１４０が形成される。
【００６５】
以下、上述した構成からなる本発明の他の実施例による電解槽の流体流れについて説明する。
【００６６】
一側の流入口１００ａから流入した海水は、主管１２０に流送され、前記海水は、主管１２０に設置された電極を経ながら電気分解が行われた後、他側の分岐管１５０ａに流送される。このとき、電気分解された海水から次亜塩素酸が生成し、また、電気分解過程で水素が発生する。
【００６７】
以降、電気分解された電解水は、遮断板１３０により上方への流路が閉鎖されているので、後方の分岐管１５０ｂに流送される。このとき、流体の流れが前方から後方に変換される過程で、気体である水素は、気液分離されながら、遮断板１３０に形成されたオリフィスホール１３１から上部に隣接した分岐管１５０ｆへ直ちに排出される。
【００６８】
以降、前記水素は、排出管１４０から外部に排出される。
【００６９】
一方、後方の分岐管１５０ｂに流送された電解水は、主管１２０に沿って一側の分岐管１５０ｃに流送され、このとき、電気分解が再度行われながら水素が発生する。
【００７０】
以降、電解水と水素は、上部の分岐管１５０ｄに流送され、水素は、排出管１４０から排出され、電解水は、再度主管１２０に沿って他側の分岐管１５０ｅに流送される。また、他側に流送された電解水は、前方の分岐管１５０ｆに流送された後、方向転換を行い、一側の分岐管１５０ｇ及び排出口１００ｂから外部に排出される。
【００７１】
すなわち、このような構成により、本発明の他の実施例も、電気分解過程で発生した水素は、流体と一緒に主管１２０に沿って流送されるものではなく、主管１２０を経ず、オリフィスホール１３１から上部へ直ちに排出される。
【００７２】
したがって、主管１２０に設置された電極は、水素との接触が最少化することにより、電極に水素が膜を形成することが最小化し、電極の性能が劣り、または電圧上昇によるエネルギー消耗が増加することがないという技術的特徴がある。
【００７３】
以上、本発明は、記載された具体例について詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲内で、様々な変形及び修正が可能であることは、当業者にとって明らかであり、このような変形及び修正は、添付された特許請求の範囲に属することは当然である。
【符号の説明】
【００７４】
１００    流送配管
１００ａ  流入口
１００ｂ  排出口
１１０（１１０ａ〜１１０ｇ）  分岐管
１２０    主管
１３０    遮断板
１３１    オリフィスホール
１４０    排出管
１５０（１５０ａ〜１５０ｇ）  分岐管
【図１】
0005832637.tif 000002
【図２】
0005832637.tif 000003
【図３】
0005832637.tif 000004
【図４】
0005832637.tif 000005
【図５】
0005832637.tif 000006
【図６】
0005832637.tif 000007